Слайд 1Общая геохимия
Лекция 16
Геохимия эндогенных процессов
Слайд 2 Место метаморфизма в геохимическом цикле
Метаморфизм
– изменения в породах с ростом
(не только!!!) РТ-условий и/или
воздействием флюида.
Слайд 3Рубин
Минеральные
ресурсы
Горообразование
История континентальной
коры
Сапфир
Слайд 5МЕТАМОРФИЗМ обычно приводит к изменениям в:
минералогии ⇒ образование метаморфических
минералов
текстуре ⇒ образование метаморфической “ткани”
Слайд 6Метаморфизм - перекристаллизация в твердом состоянии
Слайд 7Значительная часть земной коры, более 70%,
затронута процессами метаморфизма
Составы минералов по
главным элементам
лежат в основе реконструкции P-T-t трендов
метаморфизма и термобарометрии
Слайд 8Геотермобарометрия
В основе определения Р и Т по составам сосуществующих породообразующих
минералов (определенных с помощью микрозонда)
Пример: Гранат-биотитовый термометр
garnet
biotite
Слайд 9Метаморфическая петрология
Метам. породы обычно отражают «пик» метаморфических условий
Специфичные минералы для
определения РТ-параметров ⇒
“индекс-минералы” (например, гранат)
Слайд 10Метаморфизм (греч. metamorphoómai - подвергаюсь превращению, преображаюсь) - процесс твердофазного
минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и
давления в присутствии флюида.
Выделяют изохимический метаморфизм — при котором химический состав породы меняется несущественно;
неизохимический метаморфизм (метасоматизм) для которого характерно заметное изменение химического состава породы, в результате переноса компонентов флюидом.
Слайд 12Характерный масштаб химической неоднородности горных пород и определение понятий метаморфизм
и метасоматоз
Слайд 13Основные факторы метаморфизма
Основными факторами метаморфизма являются температура, давление и флюид.
С
ростом температуры происходят метаморфические реакции с разложением водосодерж. фаз (хлориты,
слюды, амфиболы). Нижняя Т граница – диагенез (100-150ºС).
С ростом давления происходят реакции с уменьшением объема фаз. При температурах более 600ºС начинается частичное плавление некоторых пород, образуются расплавы, которые уходят на верхние горизонты, оставляя тугоплавкий остаток – рестит.
Слайд 15Флюидом называются летучие компоненты метаморфических систем.
Это первую очередь вода
и углекислый газ. Реже роль могут играть кислород, водород, углеводороды,
соединения галогенов и некоторые другие.
В присутствии флюида область устойчивости многих фаз (особенно содержащих эти летучие компоненты) изменяется.
В присутствии флюида плавление горных пород начинается при значительно более низких температурах.
Слайд 18По размеру ареалов распространения метаморфических пород, их структурному положению и
причинам метаморфизма выделяются:
Региональный метаморфизм, который затрагивает значительные объемы земной коры
и распространен на больших площадях.
Контактовый метаморфизм приурочен к магматическим интрузиям и происходит от тепла остывающей магмы.
Динамометаморфизм происходит в зонах разломов, связан со значительной деформацией пород.
Импактный метаморфизм происходит при резком ударе метеорита о поверхность планеты.
Слайд 19КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАМОРФИЗМА
По месту проявления
Контактовый метаморфизм
Пирометаморфизм
Региональный метаморфизм
Орогенный метаморфизм
Метаморфизм погружения
Метаморфизм океанического дна
Гидротермальный
метаморфизм (метасоматоз)
Метаморфизм складчатых зон
Impact or Shock Metamorphism
Слайд 20Типы метаморфизма
Два главных типа метам-ма в тектонически активных регионах:
(1) Контактовый
(2) Региональный метаморфизм
Слайд 21Контактовый метаморфизм
термальный метаморфизм, источник тепла – интрузии
узкие зоны (< 1
км)
Роговики
Слайд 22Contact Metamorphism
“thermal metamorphism” at high T – low P conditions
Слайд 23Региональный метаморфизм
Большие региональные масштабы проявления (тысячи кв. км); один или
несколько эпизодов орогении с повышенными начениями геотермальных градиентов и деформаций
Сопровождает с горообразованием на конвергентных границах плит (зоны субдукции, зоны коллизиии) Примеры: Анды, Гималаи, Аппалачи
Весь спектр РТ-условий; характерны деформации пород
Слайд 24Regional Metamorphism
low to high P-T conditions
Слайд 30 Слоистый кливаж
Распространенные структуры
Сланцеватость
Полосчатость
Слайд 31Origin of Metamorphic Foliation
Produced by differential “stress”
Compressive
Shearing
Слайд 35Протолит = тип породы до метаморфизма
Минералогия и текстуры наследуются от
протолита
Слайд 39Три основные группы метаморфических пород по составу (зависят от РТ-условий
и состава протолита)
Метапелиты (протолит – высокоглиноземистые мелкозернистые осадочные породы) Аспидные
сланцы, филлиты, сланцы, гнейсы.
2. Метакарбонатные породы (протолит – известняки, доломиты). Мраморы, кальций-силикатные породы.
3. Метабазиты (основные и ультраосновные изверженные породы). Зеленые сланцы, амфиболиты, гранулиты.
Слайд 40
High P/T
Med P/T
Low P/T
Тектоника плит и метаморфизм
Слайд 41«Парные» метаморфические пояса
Low P/T Series
High P/T Series
Слайд 42Геохимия метаморфизма
Метаморфические преобразования в наибольшей степени соответствуют самопроизвольному движению системы
к состоянию равновесия в новых термодинамических условиях.
Метаморфическая система условно может
быть признана закрытой. К ней можно применять аппарат равновесной термодинамики, руководствуясь принципом мозаичного равновесия.
Слайд 43Таким образом, в Р-Т области ниже солидуса в минералах горных
пород могут происходить:
1) структурные фазовые превращения без изменения стехиометрии;
2) твердофазные
реакции с образованием новых минералов, но без выноса вещества за пределы системы;
3) разложение ставших неустойчивыми минералов с выделением летучих компонентов – появляется реакционноспособная газовая или жидкая фаза (начало гидротермального процесса).
Слайд 44Анализ данных по геохимии метаморфических пород
1) Большинство пород низких и
средних ступеней метаморфизма, а также часть высоких ступеней, по составу
близки к их протолитам.
2) Для других пород высоких ступеней (гнейсов, мигматитов – ультраметаморфитов) высокое значение имеет мобильность ряда элементов.
3) Транспорт элементов при метаморфизме – диффузия и с помощью флюида.
Слайд 45Диффузия - процесс перемещения атомов, молекул и ионов из одной
позиции в другую с растворяющей фазой под воздействием движущей силы
(градиента).
Градиент концентраций - из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Температурный градиент.
Объемная диффузия (твердофазная) – транспорт материи через кристаллическую решетку. Требуются дефекты в решетке.
Слайд 46Скорость диффузии повышается с увеличением фугитивности кислорода и активности воды.
При
процессах метаморфизма флюид активно взаимодействует с породой.
Природный флюид - это
существенно гидротермальная фаза низкой плотности и вязкости, сложенная в разных пропорциях летучими компонентами (Н2О, СО2, СО, N2, H2, СН4 и др. углеводороды), которая способна влиять на процессы природного минералообразования, либо непосредственно в них участвовать.
Слайд 47В гранулитах усиливается взаимодействие флюид-порода (минерал) и повышается мобильность наиболее
растворимых химических соединений. Усиливается миграция (вынос) воды; щелочных металлов Rb,
Cs; также Th, U, Pb.
В породах средних температурных фаций возможно проявление метаморфической дифференциации, усиливающей первичную неоднородность состава протолита. Масштаб такой химической неоднородности мал по сравнению с масштабом проявления регионального метаморфизма.
Слайд 48Метаморфогенные месторождения формируются путем преобразования (метаморфизма) магматических или осадочных рудных
месторождений.
При метаморфизме изменяются как первоначальный минеральный состав (вследствие новообразований,
растворения и собирательной перекристаллизации), так и структурно-текстурные особенности руд. Такое происхождение имеют, например, железорудные залежи на Украине
Слайд 52
Результат столкновения космических тел с Землей: астроблемы и слагающие
их горные породы – импактиты
Сазонова Л.В.
Слайд 53
Астроблемы (метеоритные кратеры, импактные кратеры) – кольцевые структуры, возникающие
при соударении космических тел с поверхностью Земли.
Кратер Одесса, США.
Диаметр кратера, замеренный по его валу, составляет, примерно, 168 м (Кинг,1979).
Слайд 55Порождаемая высокоскоростным ударом и взрывом ударная волна распространяется в целом
радиально от точки соударения и, постепенно затухая, производит работу по
нагреву, деформации, разрушению горных пород и экскавации самой впадины кратера
Схема расположения зон превращения вещества под действием ударной волны (Вальтер, 1977).
Слайд 57
красным обозначены составы тагамитов, все остальное – составы пород мишени
Состав
расплавных импактитов отвечает усредненному составу пород мишени
Слайд 58Одинаковый характер распределения элементов-примесей в породах мишени и импактных расплавах
Слайд 61Особенность геохимии импактитов – такие элементы, как Sn, F, B,
P при импактном процессе не испаряются по причине высокой фугитивности
кислорода (даже выше, чем в атмосфере).
При импактном метаморфизме на геохимию пород значительное влияние оказывают процессы испарения.